DE102014010638A1

DE102014010638A1 - Method and device for controlling a robot

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Publication number: DE102014010638A1
Application number: DE102014010638.1A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Hietmann; Marc-Walter Ueberle; Christian Hartmann; Richard Schwarz; Richard Rudolf
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2016-01-21
Also published as: KR20160010353A; EP2977148B1; EP2977148A1; CN105313124A; CN105313124B; US10016894B2; EP3974125A1; US20160016314A1; KR101876615B1

Abstract

Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren wird zum Steuern eines Roboters in wenigstens einer Pose wahlweise in einem ersten Betriebsmodus (M1) oder einem hiervon verschiedenen zweiten Betriebsmodus (M2), in dem ersten Betriebsmodus ein Abstand (d) einer Zustandsgröße (x2) des Roboters von einer ersten Grenze (G1, G2) ermittelt (S40); und eine Sicherheitsreaktion (STOP 1) ausgelöst (S60), wenn der Abstand eine erste Bedingung (d > 0) erfüllt; und in dem zweiten Betriebsmodus in dem der Roboter durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter bewegbar ist; der Abstand der Zustandsgröße des Roboters von der ersten Grenze ermittelt (S70); die Sicherheitsreaktion nicht deswegen ausgelöst, weil der Abstand die erste Bedingung erfüllt; und auf den Roboter motorisch eine Stellkraft (F) in Abhängigkeit von dem Abstand aufgeprägt (S110), um bei unbehindertem Roboter den Abstand zu reduzieren, wenn der Abstand die erste Bedingung erfüllt. Zusätzlich oder alternativ wird zum Bewegen des Roboters durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter in einem Betriebsmodus (M2) ein Abstand (d) einer Zustandsgröße (x1) des Roboters von wenigstens zwei voneinander verschiedenen vorgegebenen Referenzen (yn, yn+1, B) in einem Zustandsraum ({xi, xj}) des Roboters ermittelt (S200); der kleinste (dmin) der Abstände ermittelt (S210–S270); und auf den Roboter motorisch eine Stellkraft (f) aufgeprägt (S280), um bei unbehindertem Roboter den kleinsten der Abstände zu minimieren.According to a method of the invention, for controlling a robot in at least one pose, optionally in a first operating mode (M1) or a different second operating mode (M2), in the first operating mode, a distance (d) of a state variable (x2) of the robot from a first Limit (G1, G2) is determined (S40); and a safety response (STOP 1) is triggered (S60) if the distance satisfies a first condition (d> 0); and in the second mode of operation in which the robot is movable by manually imparting a guide force on the robot; the distance of the state quantity of the robot from the first boundary is determined (S70); the safety reaction is not triggered because the distance meets the first condition; and motor-imparting a force (F) to the robot as a function of the distance (S110) in order to reduce the distance in the case of an unhindered robot if the distance fulfills the first condition. Additionally or alternatively, for moving the robot by manually impressing a guide force on the robot in an operation mode (M2), a distance (d) of a state quantity (x1) of the robot from at least two different predetermined references (yn, yn + 1, B) in a state space ({xi, xj}) of the robot is detected (S200); the smallest (dmin) of the distances is determined (S210-S270); and a motor force (f) impressed on the robot (S280) in order to minimize the smallest of the distances in the case of an unobstructed robot.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Roboters sowie eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The present invention relates to a method for controlling a robot and to a device and a computer program product for carrying out such a method.

Zum Steuern von Robotern ist es nach betriebsinterner Praxis bekannt, den Abstand einer Zustandsgröße des Roboters von einer Grenze zu ermitteln und eine Sicherheitsaktion auszulösen, wenn dieser Abstand eine vorgegebene Bedingung erfüllt. So kann beispielsweise ein STOP 0 ausgelöst, d. h. der Roboter mit unterbrochener Energieversorgung stillgesetzt werden, sobald sein TCP eine Arbeitsraumgrenze oder seine Geschwindigkeit eine zulässige Geschwindigkeitsgrenze überschreitet.For controlling robots, it is known in the industry practice to determine the distance of a state variable of the robot from a boundary and to trigger a safety action if this distance meets a predetermined condition. For example, a STOP 0 can be triggered, ie. H. the robot is shut down with the power supply interrupted as soon as its TCP exceeds a working space limit or its speed exceeds a permissible speed limit.

Um dies zu testen, ist es nach betriebsinterner Praxis weiter bekannt, den Roboter manuell an solche Grenzen zu führen, beispielsweise also manuell den TCP über die Arbeitsraumgrenze oder mit einer die Geschwindigkeitsgrenze überschreitenden Geschwindigkeit zu führen und zu prüfen, ob dadurch die Sicherheitsaktion ausgelöst wird.In order to test this, it is also known, according to in-house practice, to guide the robot manually to such limits, for example, to manually guide the TCP over the working space boundary or at a speed exceeding the speed limit and to check whether the safety action is triggered thereby.

Insbesondere bei komplexeren Grenzen, beispielsweise Arbeitsraumgrenzen, die durch gekrümmte Hyperflächen im Zustandsraum des Roboters und/oder in Abhängigkeit von der Zustandsgröße selber definiert sind, ist ein solcher Test jedoch schwierig und insbesondere wenig intuitiv.However, in the case of more complex boundaries, for example working space boundaries which are themselves defined by curved hypersurfaces in the state space of the robot and / or depending on the state variable, such a test is difficult and in particular less intuitive.

Neben dem Bestimmen eines Abstandes zu einer vorgegebenen Grenze ist es aus der eigenen DE 10 2008 062 623 A1 auch bekannt, die Abstände einer aktuellen Position zu einer Gruppe von gespeicherten Positionen zu bestimmen und in einem Programm diejenige gespeicherte Position auszuwählen, deren Abstand zu der aktuellen Position minimal ist.In addition to determining a distance to a given limit, it is from one's own DE 10 2008 062 623 A1 also known to determine the distances of a current position to a group of stored positions and to select in a program that stored position whose distance to the current position is minimal.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Steuern eines Roboters zu verbessern. Dabei wird vorliegend zur kompakteren Darstellung sowohl ein Steuern im engeren kybernetischen Sinne, d. h. ein Vorgeben von Stellgrößen unabhängig von erfassten Ist-Größen („feedforward control”), als auch ein Regeln, d. h. ein Vorgeben von Stellgrößen auf Basis vorgegebener Soll- und erfasster Ist-Größen („feedback control”), verallgemeinernd als Steuern bezeichnet.The object of the present invention is to improve the control of a robot. In the present case, for a more compact representation, both a control in the narrower cybernetic sense, i. H. a predetermination of manipulated variables independent of detected actual variables ("feedforward control"), as well as a rule, d. H. a predetermining of manipulated variables on the basis of predetermined desired and detected actual variables ("feedback control"), generally referred to as taxes.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 11 gelöst. Anspruch 15 stellt eine Vorrichtung, die, insbesondere hard- und/oder softwaretechnisch, zur Durchführung eines solchen Verfahrens eingerichtet ist, Anspruch 16 ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines solchen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.This object is achieved by a method having the features of claim 1 or 11. Claim 15 provides a device, which is set up, in particular hardware and / or software technology, for carrying out such a method, claim 16 a computer program product for performing such a method under protection. The subclaims relate to advantageous developments.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, insbesondere durch eine hierzu eingerichtete Vorrichtung, ein Roboter in einer oder mehreren, vorzugsweise allen, Posen jeweils wahlweise in einem ersten Betriebsmodus oder einem hiervon verschiedenen zweiten Betriebsmodus gesteuert.According to one aspect of the present invention, in particular by a device arranged for this purpose, a robot is controlled in one or more, preferably all, poses in either a first operating mode or a different second operating mode.

Unter einer Pose wird vorliegend insbesondere die durch die Koordinaten, insbesondere Winkel, seiner Gelenke definierbare, insbesondere definierte, Stellung des Roboters bzw. die Position und/oder Orientierung seiner Glieder relativ zueinander verstanden.In the present case, a pose is understood to mean, in particular, the position of the robot or the position and / or orientation of its members that can be defined by the coordinates, in particular angles, of its joints, in particular defined relative to one another.

Zwischen dem ersten und zweiten Betriebsmodus kann in einer Ausführung, insbesondere durch ein Betriebsmodusauswahlmittel der Vorrichtung, automatisch und/oder durch eine Benutzereingabe umgeschaltet werden. Entsprechend kann in einer Ausführung der Roboter in wenigstens einer Pose wahlweise in dem ersten oder zweiten Betriebsmodus, in einer Weiterbildung auch noch in einem oder mehreren hiervon verschiedenen weiteren Betriebsmodi, gesteuert werden. Die Auswahl des Betriebsmodus kann posenabhängig oder posenunabhängig sein, insbesondere können vorab der erste oder zweite Betriebsmodus ausgewählt und dann jeweils beliebige Posen angefahren werden.Between the first and second operating modes, in one embodiment, in particular by means of an operating mode selection means of the device, it is possible to switch over automatically and / or by means of a user input. Accordingly, in one embodiment, the robot can be controlled in at least one pose optionally in the first or second operating mode, in a further development also in one or more different operating modes thereof. The selection of the operating mode can be posenabhängig or posenunabhängig, in particular, the first or second operating mode can be selected in advance and then arbitrarily poses are approached.

Sowohl in dem ersten als auch dem zweiten Betriebsmodus wird jeweils, insbesondere durch ein hierzu eingerichtetes Abstandsmittel der Vorrichtung, ein Abstand einer Zustandsgröße des Roboters von einer ersten Grenze ermittelt, wobei der Abstand vorzugsweise in dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus in gleicher Weise ermittelt wird.In both the first and the second operating mode, in each case a distance of a state variable of the robot from a first limit is determined, in particular by a spacing means of the device set up for this purpose, the distance preferably being determined in the same way in the first and the second operating mode.

Eine ein- oder mehrdimensionale Zustandsgröße im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine oder mehrere, vorzugsweise drei, Positions- bzw. Lagekoordinaten, beispielsweise kartesische, Zylinder- oder Kugelkoordinaten, und/oder eine oder mehrere, vorzugsweise drei, Orientierungskoordinaten, zum Beispiel Euler- oder Kardanwinkel, einer oder mehrerer roboterfester Referenzen, insbesondere eines TCPs des Roboters, und/oder eine erste und/oder höhere Zeitableitung hiervon umfassen, insbesondere sein. Positions- und Orientierungskoordinaten können beispielsweise auch Denavit-Hartenberg-Parameter, Quaternionen oder dergleichen umfassen, insbesondere sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine ein- oder mehrdimensionale Zustandsgröße im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine oder mehrere, vorzugsweise alle, Gelenkkoordinaten des Roboters und/oder wenigstens eine erste und/oder höhere Zeitableitung hiervon umfassen, insbesondere sein.A one-dimensional or multidimensional state variable in the sense of the present invention can in particular be one or more, preferably three, position or position coordinates, for example Cartesian, cylindrical or spherical coordinates, and / or one or more, preferably three, orientation coordinates, for example Euler or gimbal angle, one or more robotic references, in particular a TCPs of the robot, and / or a first and / or higher time derivative thereof, in particular. Position and orientation coordinates may also include, for example, Denavit-Hartenberg parameters, quaternions or the like, in particular. Additionally or alternatively, a one-dimensional or multidimensional state variable in the sense of the present invention may comprise, in particular, one or more, preferably all, joint coordinates of the robot and / or at least a first and / or higher time derivative thereof.

Ein Abstand einer Zustandsgröße von einer Grenze kann insbesondere durch eine Norm, etwa eine, insbesondere gewichtete, Betrags- oder Maximumnorm, definiert sein bzw. ermittelt werden. So kann beispielsweise der Abstand einer dreidimensionalen Position (x, y, z) von einer durch y = z = 0 definierten linearen Grenze gleichermaßen durch die Betragsnorm √(y² + z²) als auch durch die Maximumnorm max{y, z} definiert sein. A distance of a state variable from a border can be defined or determined in particular by a norm, for example a, in particular weighted, magnitude or maximum norm. For example, the distance of a three-dimensional position (x, y, z) from a linear boundary defined by y = z = 0 can equally be defined by the magnitude norm √ (y ² + z ² ) and by the maximum norm max {y, z} be.

In einer Ausführung ist die Grenze orientiert und der Abstand gerichtet bzw. vorzeichenbehaftet, so dass eine Zustandsgröße einen positiven oder negativen Abstand aufweist, wenn sie auf der einen oder anderen Seite der orientierten Grenze liegt. So kann beispielsweise der Abstand einer dreidimensionalen Position (x, y, z) von einer durch x = 0 definierten planaren Grenze durch die Komponente x definiert sein und ist entsprechend positiv oder negativ, wenn die Position über oder unter der Grenze liegt. Auf diese Weise kann in einer Ausführung ein erlaubtes Annähern des Roboters an die Grenze von einem unerlaubten Eindringen in einen durch die Grenze definierten unzulässigen Bereich einfach und/oder zuverlässig unterschieden werden.In one embodiment, the boundary is oriented and the distance is signed so that a state quantity has a positive or negative distance if it lies on one or the other side of the oriented boundary. For example, the distance of a three-dimensional position (x, y, z) from a planar limit defined by x = 0 can be defined by the component x and is correspondingly positive or negative if the position is above or below the limit. In this way, in one embodiment, a permitted approach of the robot to the limit can be easily and / or reliably distinguished from an unauthorized intrusion into an impermissible area defined by the boundary.

In dem ersten Betriebsmodus wird eine Sicherheitsreaktion ausgelöst, wenn der Abstand eine erste Bedingung erfüllt, insbesondere einen vorgegebenen ersten Grenzwert übersteigt bzw. unterschreitet.In the first operating mode, a safety reaction is triggered when the distance meets a first condition, in particular exceeds or falls short of a predetermined first limit value.

Die Sicherheitsreaktion kann insbesondere ein Stillsetzen des Roboters, insbesondere durch eine oder mehrere, vorzugsweise mechanische, Bremsen und/oder einen oder mehrere, vorzugsweise alle, Antriebe des Roboters, und/oder ein Trennen eines oder mehrerer, vorzugsweise aller, Antriebe des Roboters von einer Energieversorgung, insbesondere vor oder nach dem Stillsetzen, umfassen, insbesondere sein. Entsprechend kann die Sicherheitsreaktion insbesondere einen sogenannten STOP 0, d. h. ein Stillsetzen des Roboters durch mechanische Bremsen und Trennen aller Antriebe des Roboters von einer Energieversorgung vor dem Stillsetzen, einen sogenannten STOP 1, d. h. ein Stillsetzen des Roboters durch seine Antriebe und Trennen der Antriebe von einer Energieversorgung nach dem Stillsetzen, oder einen sogenannten STOP 2, d. h. ein Stillsetzen des Roboters durch seine Antriebe ohne Trennen der Antriebe von einer Energieversorgung nach dem Stillsetzen, umfassen, insbesondere ein solcher STOP sein. Vorzugsweise wird die Sicherheitsreaktion in sicherer Technik, insbesondere redundant, vorzugsweise diversitär, ausgelöst und/oder durchgeführt.The safety reaction may in particular be a stopping of the robot, in particular by one or more, preferably mechanical, brakes and / or one or more, preferably all, drives of the robot, and / or separating one or more, preferably all, drives of the robot from one Energy supply, in particular before or after shutdown, include, in particular be. Accordingly, the security reaction in particular a so-called STOP 0, d. H. stopping the robot by mechanical braking and disconnecting all the drives of the robot from a power supply before stopping, a so-called STOP 1, d. H. a shutdown of the robot by its drives and disconnecting the drives from a power supply after stopping, or a so-called STOP 2, d. H. stopping the robot by its drives without disconnecting the drives from a power supply after stopping, in particular, be such a STOP. Preferably, the security reaction in safe technology, in particular redundant, preferably diverse, triggered and / or performed.

In dem zweiten Betriebsmodus ist der Roboter durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter bewegbar. Hierzu kann der Roboter insbesondere, vorzugsweise in an sich bekannter Weise, gravitationskompensiert sein bzw. werden, so dass er einer manuell aufgeprägten Führungskraft folgt und bei Wegfall dieser Führungskraft seine neue Pose, wenigstens im Wesentlichen, beibehält. Gleichermaßen kann der Roboter insbesondere, vorzugsweise in an sich bekannter Weise, impedanzgeregelt sein bzw. werden, so dass er einer manuell aufgeprägten Führungskraft folgt und bei Wegfall dieser Führungskraft wieder, wenigstens im Wesentlichen, in seine alte bzw. eine vorgegebene Pose zurückkehrt. Vorzugsweise ist der Roboter mittels einer Kraftregelung oder einer entsprechenden weichen Positionsregelung durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter bewegbar.In the second mode of operation, the robot is movable by manually impressing a guide force on the robot. For this purpose, the robot can in particular be, preferably in a conventional manner, gravitationally compensated or so that it follows a manually impressed manager and, if this executive loses his new pose, at least substantially retains. Likewise, the robot may in particular be impedance-controlled, preferably in a manner known per se, so that it follows a manually impressed executive and returns, at least substantially, back to its old or predefined pose when this executive becomes redundant. Preferably, the robot is movable by means of a force control or a corresponding soft position control by manual imposition of a guiding force on the robot.

Der Roboter kann auch in dem ersten Betriebsmodus durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter bewegbar sein, insbesondere in gleicher Weise wie in dem zweiten Betriebsmodus. In einer anderen Ausführung wird der Roboter in dem ersten Betriebsmodus programmgesteuert automatisch bewegt, insbesondere kann er, insbesondere mehrmals nacheinander, eine vorgegebene Bahn ab- bzw. vorgegebene Posen anfahren.The robot can also be movable in the first operating mode by manually impressing a guiding force on the robot, in particular in the same way as in the second operating mode. In another embodiment, the robot is automatically moved program-controlled in the first operating mode, in particular it can, in particular several times in succession, approach a predetermined path or predetermined poses.

Im zweiten Betriebsmodus wird im Gegensatz zum ersten Betriebsmodus jedoch in der- bzw. denselben Posen, die Sicherheitsreaktion nicht deswegen ausgelöst, weil der Abstand die erste Bedingung erfüllt, insbesondere nicht (bereits) dann ausgelöst, wenn bzw. sobald der Abstand die erste Bedingung erfüllt. Mit anderen Worten ist die Erfüllung der Bedingung, die im ersten Betriebsmodus hinreichend für die Auslösung der Sicherheitsreaktion ist, im zweiten Betriebsmodus nicht hinreichend für die Auslösung dieser Sicherheitsreaktion. Wenn der Abstand die erste Bedingung erfüllt, wird stattdessen auf den Roboter motorisch eine Stellkraft in Abhängigkeit von dem Abstand aufgeprägt, um bei unbehindertem Roboter den Abstand zu reduzieren.In the second mode of operation, however, in contrast to the first operating mode in the same or the same poses, the safety reaction is not triggered because the distance meets the first condition, in particular not (already) then triggered when or when the distance meets the first condition , In other words, the fulfillment of the condition, which in the first operating mode is sufficient for triggering the safety reaction, in the second operating mode is not sufficient for triggering this safety reaction. If the distance satisfies the first condition, a motor force is instead imposed on the robot by motor as a function of the distance in order to reduce the distance in the case of an unobstructed robot.

Nach diesem Aspekt kann somit eine Sicherheitsüberwachung für den ersten Betriebsmodus, die im ersten Betriebsmodus eine Sicherheitsreaktion auslöst, wenn der Abstand die erste Bedingung erfüllt, beispielsweise der TOP eine vorgegebene Arbeitsraumgrenze oder seine Geschwindigkeit eine vorgegebene Geschwindigkeitsgrenze überschreitet, im zweiten Betriebsmodus durch absichtliches manuelles Überschreiten dieser Grenze getestet werden, ohne die Sicherheitsreaktion auszulösen.According to this aspect, therefore, a safety monitoring for the first operating mode, which triggers a safety response in the first operating mode when the distance meets the first condition, for example, the TOP exceeds a predetermined working space limit or its speed exceeds a predetermined speed limit, in the second operating mode by deliberately manually exceeding this Limit can be tested without triggering the safety reaction.

Stattdessen wird dem Roboter in diesem Fall motorisch eine Stellkraft in Abhängigkeit von dem Abstand aufgeprägt, die den Abstand zu reduziert sucht bzw. derart ist, dass sie bei unbehindertem Roboter den Abstand reduzieren. Mit anderen Worten treiben durch die erste Grenze verkörperte virtuelle Constrains den über die erste Grenze hinaus in einen unzulässigen Bereich eingedrungenen Roboter zurück. Auf diese Weise erfährt der Bediener, der den Roboter manuell über die Grenze geführt hat, haptisch einen Widerstand durch diese zur Grenze rückführende Stellkraft.Instead, in this case, the robot is impressed with a motor force as a function of the distance, which seeks to reduce the distance or is such that they reduce the distance with an unobstructed robot. In other words, virtual constraints embodied by the first boundary drive one beyond the first boundary Invalid area invaded robot back. In this way, the operator, who has manually guided the robot over the border, haptically experiences a resistance through this restoring force returning to the boundary.

Auf diese Weise können Sicherheitsüberwachungen bzw. vorgegebene erste Grenzen intuitiv getestet und/oder erfahren, insbesondere mit dem Roboter sozusagen haptisch abgetastet bzw. aufgespürt werden.In this way, security controls or predetermined first limits can be intuitively tested and / or experienced, in particular sampled or tracked down, as it were, with the robot.

In einer Ausführung wird im zweiten Betriebsmodus die Stellkraft auf den Roboter nur aufgeprägt, wenn der Abstand die erste Bedingung erfüllt, so dass erst mit Erreichen bzw. Überschreiten der ersten Grenze diese haptisch durch die Stellkraft erfahrbar ist. In einer anderen Ausführung wird im zweiten Betriebsmodus die Stellkraft auf den Roboter auch aufgeprägt, wenn der Abstand die erste Bedingung erfüllt, jedoch unter Umständen auch, wenn der Abstand die erste Bedingung noch nicht erfüllt, so dass bereits vor Erreichen der bzw. beim Annähern an die erste Grenze diese haptisch durch die Stellkraft erfahrbar ist.In one embodiment, in the second operating mode, the actuating force is only applied to the robot if the distance fulfills the first condition, so that it can only be experienced haptically by the actuating force when the first limit is reached or exceeded. In another embodiment, the force on the robot is also impressed in the second operating mode when the distance meets the first condition, but under certain circumstances, even if the distance does not meet the first condition, so that before reaching or when approaching the first limit can be experienced haptically by the force of force.

Die Stellkraft kann insbesondere auf die erste Grenze zu gerichtet sein bzw. werden. In einer Ausführung ist sie von dem Abstand und/oder einer ersten und/oder höheren Zeitableitung hiervon abhängig, insbesondere proportional hierzu, und/oder auf einen Maximalwert begrenzt.The actuating force can be directed toward the first limit or, in particular, become. In one embodiment, it is dependent on the distance and / or a first and / or higher time derivative thereof, in particular proportionally thereto, and / or limited to a maximum value.

Zusätzlich zu der Stellkraft wird in einer Ausführung in dem zweiten Betriebsmodus ein, insbesondere optisches, akustisches und/oder haptisches, Signal, insbesondere eine Vibration, ausgegeben, wenn der Abstand die erste Bedingung erfüllt. Hierdurch kann eine zusätzliche und/oder feinere bzw. präzisere Rückmeldung über das Erreichen der ersten Grenze zur Verfügung gestellt werden. Eine Vibration kann in einer Ausführung durch ein vibrotaktiles Element, insbesondere zum manuellen Aufprägen der Führungskraft und/oder ein Eingabegerät zum Eingeben von Steueranweisungen, oder eine entsprechende wechselnde oder schwellende Steuerung der Antriebe des Roboters ausgegeben werden.In an embodiment in the second operating mode, in addition to the actuating force, in particular an optical, acoustic and / or haptic signal, in particular a vibration, is output if the distance fulfills the first condition. In this way, an additional and / or finer or more precise feedback on the achievement of the first limit can be made available. A vibration may be output in one embodiment by a vibrotactile element, in particular for manually impressing the manager and / or an input device for inputting control instructions, or a corresponding alternating or swelling control of the drives of the robot.

In einer Ausführung wird bzw. ist ein signaltechnischer und/oder physischer, Ausgang eines Abstandsmittels zum Ermitteln des Abstands in dem ersten Betriebsmodus mit einem Sicherheitsmittel zum Auslösen der Sicherheitsreaktion und in dem zweiten Betriebsmodus alternativ mit einem Signalmittel zum Ausgeben des Signals verbunden. Auf diese Weise kann signaltechnisch und/oder physisch dasselbe Ermitteln des Abstandes, das im ersten Betriebsmodus zum Auslösen der Sicherheitsreaktion durchgeführt wird, im zweiten Betriebsmodus zuverlässig getestet werden.In one embodiment, a signaling and / or physical output of a distance means for determining the distance in the first operating mode is connected to a safety means for triggering the safety reaction and in the second operating mode alternatively to a signal means for outputting the signal. In this way, the same determination of the distance, which is carried out in the first operating mode for triggering the safety reaction, can be reliably tested in the second operating mode in terms of signal technology and / or physics.

In einer Ausführung wird in dem ersten Betriebsmodus eine erste Sicherheitsreaktion ausgelöst, wenn ein erster Abstand einer ersten Zustandsgröße von einer ersten Grenze eine erste Bedingung erfüllt, und in dem zweiten Betriebsmodus

– in einer Weiterbildung die erste Sicherheitsreaktion und in einer anderen Weiterbildung eine von der ersten Sicherheitsreaktion verschiedene zweite Sicherheitsreaktion ausgelöst, wenn
– in einer Weiterbildung der erste Abstand und in einer anderen Weiterbildung ein von dem ersten Abstand verschiedener zweiter Abstand
– in einer Weiterbildung der ersten Zustandsgröße und in einer anderen Weiterbildung einer von der ersten Zustandsgröße verschiedenen zweiten Zustandsgröße des Roboters
– von einer von der ersten Grenze verschiedenen zweiten Grenze
– in einer Weiterbildung die erste Bedingung und in einer anderen Weiterbildung eine von der ersten Bedingung verschiedene zweite Bedingung erfüllt,

insbesondere, ohne dass auf den Roboter motorisch die Stellkraft in Abhängigkeit von dem Abstand aufgeprägt wird, um bei unbehindertem Roboter den Abstand zu reduzieren.In one embodiment, in the first mode of operation, a first safety response is triggered when a first distance of a first state variable from a first limit satisfies a first condition and in the second mode of operation

In a further development the first safety reaction and in another further development a second safety reaction different from the first safety reaction, if
In a further development the first distance and in another development a second distance different from the first distance
- In a development of the first state variable and in another development of a different from the first state variable second state variable of the robot
- from a second limit other than the first limit
In one development the first condition and in another development a second condition different from the first condition,

in particular, without the robot being impressed on the motor, the actuating force as a function of the distance in order to reduce the distance in unobstructed robot.

Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung in dem ersten Betriebsmodus eine erste Sicherheitsreaktion ausgelöst, wenn ein erster Abstand einer ersten Zustandsgröße von einer ersten Grenze eine erste Bedingung erfüllt, und in dem zweiten Betriebsmodus

– in einer Weiterbildung die erste Sicherheitsreaktion und in einer anderen Weiterbildung eine von der ersten Sicherheitsreaktion verschiedene zweite Sicherheitsreaktion ausgelöst, wenn
– in einer Weiterbildung der erste Abstand und in einer anderen Weiterbildung ein von dem ersten Abstand verschiedener zweiter Abstand
– in einer Weiterbildung der ersten Zustandsgröße und in einer anderen Weiterbildung einer von der ersten Zustandsgröße verschiedenen zweiten Zustandsgröße des Roboters
– in einer Weiterbildung von der ersten Grenze und in einer anderen Weiterbildung von einer von der ersten Grenze verschiedenen zweiten Grenze
– eine von der ersten Bedingung verschiedene zweite Bedingung erfüllt,

insbesondere, ohne dass auf den Roboter motorisch die Stellkraft in Abhängigkeit von dem Abstand aufgeprägt wird, um bei unbehindertem Roboter den Abstand zu reduzieren.Additionally or alternatively, in one embodiment in the first mode of operation, a first safety response is triggered when a first distance of a first state variable from a first boundary satisfies a first condition and in the second mode of operation

In a further development the first safety reaction and in another further development a second safety reaction different from the first safety reaction, if
In a further development the first distance and in another development a second distance different from the first distance
- In a development of the first state variable and in another development of a different from the first state variable second state variable of the robot
In a further development from the first limit and in another development from a second limit different from the first limit
Satisfies a second condition different from the first condition,

Ist beispielsweise die erste Zustandsgröße eine aktuelle kartesische Position (x, y, z) des TCPs, die erste Grenze eine vorgegebene planare Arbeitsraumgrenze G: x = 0, der erste Abstand d die vorzeichenorientierte Differenz zwischen dieser Position und dieser Arbeitsraumgrenze, die erste Bedingung, dass dieser erste Abstand größer oder gleich Null ist (d ≥ 0), und die erste Sicherheitsreaktion ein STOP 1, so wird in einer Ausführung in dem zweiten Betriebsmodus

– in einer Weiterbildung ein STOP 1 (die erste Sicherheitsreaktion) und in einer anderer Weiterbildung ein STOP 0 oder STOP 2 (eine von der ersten Sicherheitsreaktion verschiedene zweite Sicherheitsreaktion) ausgelöst, wenn
– die vorzeichenorientierte Komponente x (der erste Abstand d) der ersten Zustandsgröße (x, y, z)
– von einer von der ersten Grenze verschiedenen zweiten Grenze, beispielsweise G': x = 1,
– die erste Bedingung (d ≥ 0) erfüllt.

For example, if the first state variable is a current Cartesian position (x, y, z) of the TCP, the first boundary is a predetermined planar workspace boundary G: x = 0, the first distance d the sign-oriented difference between this position and this working space boundary, the first condition that this first distance is greater than or equal to zero (d ≥ 0), and the first safety response is a STOP 1, so will in an embodiment in the second operating mode

In a further development, a STOP 1 (the first safety reaction) and in another development a STOP 0 or STOP 2 (a second safety reaction different from the first safety reaction), if
The sign-oriented component x (the first distance d) of the first state variable (x, y, z)
From a second limit other than the first limit, for example G ': x = 1,
- satisfies the first condition (d ≥ 0).

In diesem Beispiel kann im zweiten Betriebsmodus somit statt einem STOP 1 beim Überschreiten der Grenze x = 0 ein STOP 0, 1 oder 2 ausgeführt werden, wenn der TCP eine andere Grenze überschreitet.In this example, in the second operating mode, instead of a STOP 1, when the limit x = 0 is exceeded, a STOP 0, 1 or 2 can be executed if the TCP exceeds a different limit.

Gleichermaßen kann im obigen Beispiel in dem zweiten Betriebsmodus

– in einer Weiterbildung ein STOP 1 (die erste Sicherheitsreaktion) und in einer anderer Weiterbildung ein STOP 0 oder STOP 2 (eine von der ersten Sicherheitsreaktion verschiedene zweite Sicherheitsreaktion) ausgelöst werden, wenn
– eine vorzeichenorientierte Differenz (der erste Abstand d) zwischen einer kartesischen Geschwindigkeit v_ist des TCPs (einer von der ersten Zustandsgröße verschiedenen zweiten Zustandsgröße des Roboters) und einer zulässigen Maximalgeschwindigkeit v_ist (einer von der ersten Grenze verschiedenen zweiten Grenze) die erste Bedingung (d ≥ 0) erfüllt.

Likewise, in the above example, in the second mode of operation

In a further development, a STOP 1 (the first safety reaction) and in another development a STOP 0 or STOP 2 (a second safety reaction different from the first safety reaction) are triggered if
- a sign oriented difference (the first distance d) between a Cartesian speed v _is of the TCP (a direction different from the first state variable of the second state quantity of the robot) and a maximum allowable speed V _is (a direction different from the first boundary second border) the first condition ( d ≥ 0).

In diesem Beispiel kann im zweiten Betriebsmodus somit statt einem STOP 1 beim Überschreiten der Grenze x = 0 ein STOP 0, 1 oder 2 ausgeführt werden, wenn der TOP eine zulässige Maximalgeschwindigkeit überschreitet.In this example, in the second operating mode, instead of a STOP 1, when the limit x = 0 is exceeded, a STOP 0, 1 or 2 can be executed if the TOP exceeds a permissible maximum speed.

Gleichermaßen kann im obigen Beispiel in dem zweiten Betriebsmodus

– in einer Weiterbildung ein STOP 1 (die erste Sicherheitsreaktion) und in einer anderer Weiterbildung ein STOP 0 oder STOP 2 (eine von der ersten Sicherheitsreaktion verschiedene zweite Sicherheitsreaktion) ausgelöst werden, wenn
– das Maximum d' = max{y, z} einer Abweichung einer Komponente (ein von dem ersten Abstand d verschiedener zweiter Abstand) der aktuellen kartesischen Position (x, y, z) des TCPs (der ersten Zustandsgröße) von einer von der ersten Grenze verschiedenen zweiten Grenze (y = z = 0) eine von der ersten Bedingung verschiedene zweite Bedingung d' > d_max erfüllt.

Likewise, in the above example, in the second mode of operation

In a further development, a STOP 1 (the first safety reaction) and in another development a STOP 0 or STOP 2 (a second safety reaction different from the first safety reaction) are triggered if
The maximum d '= max {y, z} of a deviation of a component (a second distance different from the first distance d) of the current Cartesian position (x, y, z) of the TCP (the first state variable) of one of the first Boundary different second boundary (y = z = 0) satisfies a second condition different from the first condition d '> d _max .

In diesem Beispiel kann im zweiten Betriebsmodus somit statt einem STOP 1 beim Überschreiten der Grenze x = 0 ein STOP 0, 1 oder 2 ausgeführt werden, wenn der TOP eine andere Grenze überschreitet.In this example, in the second operating mode, instead of a STOP 1, when the limit x = 0 is exceeded, a STOP 0, 1 or 2 can be executed if the TOP exceeds a different limit.

Gleichermaßen kann im obigen Beispiel in dem zweiten Betriebsmodus

– in einer Weiterbildung ein STOP 1 (die erste Sicherheitsreaktion) und in einer anderer Weiterbildung ein STOP 0 oder STOP 2 (eine von der ersten Sicherheitsreaktion verschiedene zweite Sicherheitsreaktion) ausgelöst werden,
– wenn der erste Abstand d der ersten Zustandsgröße (x, y, z) von der ersten Grenze G: x = 0
– eine von der ersten Bedingung verschiedene zweite Bedingung erfüllt, beispielsweise

Likewise, in the above example, in the second mode of operation

In a further development, a STOP 1 (the first safety reaction) and in another development a STOP 0 or STOP 2 (a second safety reaction different from the first safety reaction) are triggered,
If the first distance d of the first state variable (x, y, z) from the first boundary G: x = 0
Satisfies a second condition different from the first condition, for example

In diesem Beispiel kann im zweiten Betriebsmodus somit statt einem STOP 1 beim Überschreiten der Grenze x = 0 ein STOP 0, 1 oder 2 ausgeführt werden, wenn ein Integral der Differenz d zwischen der Position und der Arbeitsraumgrenze über der Zeit t einen vorgegebenen Grenzwert d₀ überschreitet.In this example, in the second operating mode, instead of a STOP 1, when the limit x = 0 is exceeded, a STOP 0, 1 or 2 can be executed if an integral of the difference d between the position and the working space limit over the time t exceeds a predetermined limit value d ₀ exceeds.

Durch die Auslösung einer Sicherheitsreaktion im zweiten Betriebsmodus ohne dass auf den Roboter motorisch die Stellkraft in Abhängigkeit von dem Abstand aufgeprägt wird, um bei unbehindertem Roboter den Abstand zu reduzieren, überstimmt bzw. overruled sozusagen die Sicherheitsüberwachung im zweiten Betriebsmodus erforderlichenfalls die haptische Interaktion. Mit anderen Worten wird im zweiten Betriebsmodus die Stellkraft in Abhängigkeit von dem Abstand, um bei unbehindertem Roboter den Abstand zu reduzieren, nur aufgeprägt, wenn bzw. solange die erste Bedingung erfüllt UND eine hiervon verschiedene zweite Bedingung nicht erfüllt ist.By initiating a safety reaction in the second operating mode without the robot being impressed on the robot as a function of the distance to reduce the distance in unobstructed robot overruled, so to speak, the safety monitoring in the second operating mode if necessary, the haptic interaction. In other words, in the second operating mode, the actuating force is only applied as a function of the distance in order to reduce the distance in the case of an unhindered robot, if or as long as the first condition is satisfied AND a different second condition is not fulfilled.

In einer Ausführung hängen die erste Grenze und/oder eine Grenze, zu der im zweiten Betriebsmodus ein Abstand ermittelt wird, von einer Zustandsgröße ab, insbesondere von der Zustandsgröße, deren Abstand zu dieser Grenze ermittelt wird. Hierdurch können in einer Ausführung vorteilhaft positions-, richtungs-, orientierungs- und/oder geschwindigkeitsabhängige Grenzen vorgegeben werden bzw. sein.In one embodiment, the first limit and / or a limit, to which a distance is determined in the second operating mode, depend on a state variable, in particular on the state variable whose distance to this limit is determined. As a result, in one embodiment, advantageous position, direction, orientation and / or speed-dependent limits can be predetermined or be.

In einer Ausführung ist bzw. wird die erste Grenze und/oder eine Grenze, zu der im zweiten Betriebsmodus ein Abstand ermittelt wird, durch zwei oder mehr Hyperflächen, insbesondere ein oder mehr Paare von je zwei parallelen oder nicht parallelen Hyperflächen, und/oder durch eine oder mehrere gekrümmte Hyperflächen in einem Zustandsraum des Roboters definiert. Eine gekrümmte Hyperfläche gestattet vorteilhaft eine genauere und/oder numerisch besser handhabbare Berücksichtigung komplexerer Grenzen. Vorzugsweise ist bzw. wird eine gekrümmte Hyperfläche durch sogenannte NURBS vorgegeben.In one embodiment, the first limit and / or a limit to which a distance is determined in the second operating mode is or are determined by two or more hypersurfaces, in particular one or more pairs of each two parallel or non-parallel hypersurfaces, and / or defined by one or more curved hypersurfaces in a state space of the robot. A curved hypersurface advantageously allows a more precise and / or numerically more manageable consideration of more complex boundaries. Preferably, a curved hypersurface is specified by so-called NURBS.

In einer Ausführung wird der Roboter in dem zweiten Betriebsmodus durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter, insbesondere vorsätzlich, derart bewegt, dass der Abstand der Zustandsgröße des Roboters von der ersten Grenze die erste Bedingung erfüllt.In one embodiment, in the second mode of operation, the robot is moved by manually impressing a guide force on the robot, in particular intentionally, such that the distance of the state quantity of the robot from the first limit fulfills the first condition.

Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der vorzugsweise mit dem vorstehend erläuterten Aspekt kombiniert sein kann, wird, insbesondere durch eine hierzu eingerichtete Vorrichtung, beim Bewegen eines Roboters durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter in einem Betriebsmodus ein Abstand einer Zustandsgröße des Roboters von zwei oder mehr voneinander verschiedenen vorgegebenen Referenzen in einem Zustandsraum des Roboters ermittelt, der kleinste dieser Abstände ermittelt, und auf den Roboter motorisch eine Stellkraft aufgeprägt, um bei unbehindertem Roboter den kleinsten der Abstände zu minimieren bzw. die diesen ermittelten kleinsten Abstand zu minimieren sucht bzw. derart ist, dass sie bei unbehindertem Roboter diesen ermittelten kleinsten Abstand minimiert.According to a further aspect of the present invention, which may preferably be combined with the above-described aspect, in particular, by a device arranged therefor, when moving a robot by manually impressing a guide force on the robot in an operation mode, a distance of a state quantity of the robot from determines two or more different predetermined references in a state space of the robot, determines the smallest of these distances, and imparts a force to the robot in order to minimize the smallest of the distances or to minimize the determined smallest distance for unobstructed robots is such that it minimizes this determined smallest distance in unobstructed robot.

Der Betriebsmodus kann insbesondere der vorstehend erläuterte erste oder zweite oder auch ein hiervon verschiedener Betriebsmodus sein. Entsprechend kann in einer Ausführung, insbesondere durch das Betriebsmodusauswahlmittel der Vorrichtung, automatisch und/oder durch eine Benutzereingabe in diesen Betriebsmodus umgeschaltet werden.The operating mode may be, in particular, the above-described first or second or even a different operating mode. Accordingly, in one embodiment, in particular by the operating mode selection means of the device, it is possible to switch to this operating mode automatically and / or by means of a user input.

Die Zustandsgröße kann insbesondere eine der vorstehend erläuterten Zustandsgrößen sein, insbesondere also ein oder mehr Positions- und/oder Orientierungskoordinaten des TCPs, Gelenkkoordinaten oder dergleichen. Der Abstand kann insbesondere einer der vorstehend erläuterten Abstände sein, insbesondere eine Betrags- oder Maximumnorm oder dergleichen. In einer Ausführung ist der Abstand nicht vorzeichenbehaftet, insbesondere stets positiv. Insbesondere, wenn Abstände auch negative Werte aufweisen können, wird in einer Ausführung der betragsmäßig kleinste dieser Abstände ermittelt und auf den Roboter motorisch eine Stellkraft aufgeprägt, um bei unbehindertem Roboter diesen kleinsten Abstand betragsmäßig zu minimieren.The state variable may in particular be one of the state variables explained above, in particular one or more position and / or orientation coordinates of the TCP, joint coordinates or the like. The distance may be in particular one of the distances explained above, in particular a magnitude or maximum standard or the like. In one embodiment, the distance is unsigned, in particular always positive. In particular, if distances can also have negative values, in one embodiment the smallest of these distances is determined and a force is imparted to the robot by a motor in order to minimize this smallest distance in the case of an unobstructed robot.

Der Zustandsraum des Roboters ist in einer Ausführung der Raum bzw. die Menge aller möglichen Werte der Zustandsgröße, beispielsweise also der kartesische Arbeitsraum oder der Raum möglicher Gelenkkoordinaten. In einer anderen Ausführung ist der Zustandsraum des Roboters eine vorgegebene echte Teilmenge des Raums bzw. der Menge aller möglichen Werte der Zustandsgröße. Beispielsweise kann der Benutzer durch Vorgabe eines Radius eine (Hyper)Kugel um die aktuelle TCP-Position als Zustandsraum vorgeben, so dass nur in diesem durch eine Vor- bzw. Eingabe begrenzten Zustandsraum in hier erläuterter Weise gesucht wird. Entsprechend ist bzw. wird in einer Ausführung der Zustandsraum, insbesondere durch einen Benutzer, variabel vorgebbar bzw. vorgegeben.In one embodiment, the state space of the robot is the space or the set of all possible values of the state variable, for example the Cartesian workspace or the space of possible joint coordinates. In another embodiment, the state space of the robot is a given true subset of the space or set of all possible state size values. For example, by specifying a radius, the user can specify a (hyper) sphere around the current TCP position as a state space so that it is only searched in this state space which is limited by a pre- or input in the manner explained here. Accordingly, in one embodiment, the state space, in particular by a user, is variably predefinable or predetermined.

Nach diesem Aspekt wird der Roboter zu der nächsten von mehreren vorgegebenen Referenzen gezogen. Dies kann insbesondere das Auffinden und somit das Abtasten der vorstehend erläuterten Grenzen erleichtern. Entsprechend kann eine Referenz im Sinne dieses Aspekts insbesondere eine Grenze gemäß dem vorstehend erläuterten Aspekt sein. Gleichermaßen kann es insbesondere das Auffinden gespeicherter Posen, Programmpunkte und dergleichen erleichtern. Gleichermaßen kann es insbesondere das Auffinden von nicht direkt gespeicherten Zwischenpunkten auf durch gespeicherte Punkte vorgegebenen Bahnen, Flächen und dergleichen erleichtern. Entsprechend kann eine Referenz im Sinne dieses Aspekts allgemein insbesondere ein vorgegebener, insbesondere gespeicherter, Wert oder Wertebereich, insbesondere eine Linie, (Hyper)Fläche oder ein (Hyper)Volumen, der Zustandsgröße bzw. des Zustandsraums sein. Beispielsweise ist eine abgespeicherte TCP-Position ein Wert im Arbeitsraum des Roboters, ein (Zwischen)Punkt auf einer abgespeicherten Bahn des TCPs ein Wertebereich bzw. eine Linie im Arbeitsraum und eine Grenze nach dem vorstehend erläuterten Aspekt insbesondere eine (Hyper)Fläche im Arbeitsraum.In this aspect, the robot is dragged to the next of several given references. This can in particular facilitate the finding and thus the scanning of the limits explained above. Accordingly, a reference in the sense of this aspect may in particular be a limit according to the aspect explained above. Likewise, it may particularly facilitate finding stored poses, program items, and the like. Likewise, it may in particular facilitate finding non-directly stored intermediate points on tracks, areas and the like given by stored points. Accordingly, a reference in the sense of this aspect may generally be in particular a predetermined, in particular stored, value or value range, in particular a line, (hyper) area or a (hyper) volume, the state variable or the state space. For example, a stored TCP position is a value in the working space of the robot, an (intermediate) point on a stored path of the TCPs a range of values or a line in the working space and a limit according to the aspect explained above, in particular a (hyper) area in the working space.

Entsprechend umfassen in einer Ausführung vorgegebene Referenzen in dem Zustandsraum des Roboters Positionen einer roboterfesten Referenz, insbesondere eines TCPs, und/oder Posen des Roboters, insbesondere einer vorgegebenen Bahn des Roboters, und/oder, insbesondere virtuelle, Strukturen, insbesondere Wände und/oder Koordinatensysteme, in dem Zustandsraum des Roboters.Correspondingly, in one embodiment, predetermined references in the state space of the robot include positions of a robot-fixed reference, in particular a TCP, and / or poses of the robot, in particular a predefined path of the robot, and / or, in particular, virtual structures, in particular walls and / or coordinate systems , in the state space of the robot.

In einer Ausführung wird diejenige Referenz in dem Zustandsraum des Roboters, die den ermittelten kleinsten Abstand aufweist, angezeigt, insbesondere durch Hervorhebung einer entsprechenden Programmanweisung in einem gespeicherten Programm des Roboters. Wie in der eingangs genannten DE 10 2008 062 623 A1 , auf die ergänzend Bezug genommen und deren Inhalt ausdrücklich in die vorliegende Offenbarung einbezogen wird, kann so der Anwender vorteilhaft ein gespeichertes Programm leichter prüfen und/oder verändern.In one embodiment, the reference in the state space of the robot having the determined smallest distance is displayed, in particular by highlighting a corresponding program instruction in a stored program of the robot. As in the aforementioned DE 10 2008 062 623 A1 , to which additional reference is made and its contents are expressly incorporated into the Thus, the present disclosure advantageously allows the user to more easily check and / or modify a stored program.

In einer Ausführung wird bzw. ist der Roboter nachgiebig, insbesondere kraftgeregelt und/oder gravitationskompensiert, geregelt, um durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter bewegbar zu sein, vorzugsweise wie vorstehend bereits mit Bezug auf den vorhergehenden Aspekt erläutert. Insbesondere kann die Stellkraft durch eine Impedanzregelung aufgeprägt werden bzw. sein, deren Soll- bzw. Zielgröße diejenige der Referenzen in dem Zustandsraum des Roboters ist, für die der kleinste Abstand ermittelt wird bzw. worden ist. Mit anderen Worten kann durch die Impedanzregelung, vorzugsweise in an sich bekannter Weise, eine virtuelle Feder zwischen der aktuellen bzw. Istpose des Roboters und der Referenz gespannt werden bzw. sein, für die der kleinste Abstand ermittelt wird bzw. worden ist. Der unbehinderte Roboter wird durch die Impedanzregelung zu der bzw. auf diese Referenz gezogen und minimiert dabei den Abstand.In one embodiment, the robot is or is compliant, in particular force-controlled and / or gravitationally compensated, regulated in order to be movable by manual impressing of an executive on the robot, preferably as already explained above with reference to the preceding aspect. In particular, the actuating force can be impressed by an impedance control whose target variable is that of the references in the state space of the robot for which the smallest distance is or has been determined. In other words, can be stretched by the impedance control, preferably in a conventional manner, a virtual spring between the current or Istpose the robot and the reference for the smallest distance is or has been determined. The unobstructed robot is pulled by the impedance control to or on this reference, thereby minimizing the distance.

Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere den Aktuator steuern kann.A means in the sense of the present invention may be designed in terms of hardware and / or software, in particular a data or signal-connected, preferably digital, processing, in particular microprocessor unit (CPU) and / or a memory and / or bus system or multiple programs or program modules. The CPU may be configured to execute instructions implemented as a program stored in a memory system, to capture input signals from a data bus, and / or to output signals to a data bus. A storage system may comprise one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid state and / or other non-volatile media. The program may be such that it is capable of embodying or executing the methods described herein so that the CPU may perform the steps of such methods, and in particular control the actuator.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:Further advantages and features emerge from the subclaims and the exemplary embodiments. This shows, partially schematized:

1: einen Teil eines Zustandsraums eines Roboters zur Erläuterung eines Verfahrens nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; 1 a portion of a state space of a robot for explaining a method according to an embodiment of the present invention;

2: den Ablauf eines Verfahrens nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und 2 : the sequence of a method according to an embodiment of the present invention; and

3: einen Teil einer Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. 3 : a part of a control device for carrying out the method.

1, 2 zeigen einen Teil eines Zustandsraums eines Roboters zur Erläuterung eines durch eine in 3 teilweise angedeutete Vorrichtung ausgeführten Verfahrens nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bzw. dessen Ablauf. Dabei werden die beiden vorstehend beschriebenen Aspekte exemplarisch gemeinsam erläutert, sie können jedoch auch jeweils eigenständig verwirklicht sein. 1 . 2 show a part of a state space of a robot for explaining one by one in 3 partially indicated device executed method according to an embodiment of the present invention and its sequence. The two aspects described above are explained together as an example, but they can also be realized independently.

In einem Schritt S10 wird zunächst, beispielsweise durch Eingabe eines Benutzers, ein erster Betriebsmodus M1 oder ein hiervon verschiedener zweiter Betriebsmodus M2 ausgewählt. In einem darauffolgenden Schritt S20 prüft eine Vorrichtung 40, die hard- und softwaretechnisch zur Ausführung des hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und in 3 teilweise angedeutet ist, ob der zweite Betriebsmodus (S20: „Y”) ausgewählt ist, in einem darauffolgenden Schritt S30, ob der erste Betriebsmodus (S30: „Y”) ausgewählt ist. Ist keiner der beiden Betriebsmodi ausgewählt (S20: „N”, S30: „N”), kehrt das Verfahren zu Schritt S20 zurück.In a step S10, first, for example by inputting a user, a first operating mode M1 or a different second operating mode M2 thereof is selected. In a subsequent step S20, a device checks 40 , the hardware and software technically set up to carry out the method described here and in 3 is partially indicated, whether the second operating mode (S20: "Y") is selected, in a subsequent step S30, whether the first operating mode (S30: "Y") is selected. If neither of the two operation modes is selected (S20: "N", S30: "N"), the process returns to step S20.

Wenigstens im zweiten Betriebsmodus M2 ist der Roboter durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter bewegbar, beispielsweise impedanzgeregelt wie nachfolgend erläutert, oder gravitationskompensiert gesteuert. In dem ersten Betriebsmodus wird der Roboter hingegen programmgesteuert automatisch bewegt.At least in the second operating mode M2, the robot can be moved by manual impressing of a guiding force on the robot, for example controlled impedance-controlled as explained below, or controlled gravitationally compensated. In the first operating mode, however, the robot is automatically moved programmatically.

Ist der erste Betriebsmodus M1 ausgewählt (S30: „Y”), wird in einem darauffolgenden Schritt S40 ein Abstand d einer Zustandsgröße des Roboters von einer ersten Grenze ermittelt wird.If the first operating mode M1 is selected (S30: "Y"), a distance d of a state variable of the robot from a first limit is determined in a subsequent step S40.

Die Zustandsgröße x besteht im zur besseren Darstellung vereinfachten zweidimensionalen Beispiel aus zwei kartesischen Positionskoordinaten x_i, x_j des TCPs eines Roboters (nicht dargestellt). In 1 sind zur Illustration zwei verschiedene Werte x₁ und x₂ für diese Zustandsgröße, d. h. zwei verschiedene TCP-Positionen x₁, x₂ im Zustandsraum {x_i, x_j} eingezeichnet.The state variable x is simplified two-dimensional example of two Cartesian position coordinates x _i in order to better illustrate, x _j of the TCP of a robot (not shown). In 1 For illustration, two different values x ₁ and x _{2 are drawn} for this state variable, ie two different TCP positions x ₁ , x ₂ in the state space {x _i , x _j }.

Die erste Grenze G ist zur besseren Darstellung vereinfacht durch G₁: x_i = 0 und G₂: x_j = 0 definiert und in 1 strichliert angedeutet. Dabei ist die Grenze so orientiert, dass TCP-Positionen mit positiven Koordinatenwerten wie insbesondere die exemplarische Position x₁ einen negativen Abstand d < 0 aufweisen, während TCP-Positionen mit wenigstens einem negativen Koordinatenwert wie insbesondere die exemplarische Position x₂ einen positiven Abstand d > 0 aufweisen.For better illustration, the first limit G is simplified by G ₁ : x _i = 0 and G ₂ : x _j = 0 and defined in _FIG 1 indicated by dashed lines. The boundary is oriented in such a way that TCP positions with positive coordinate values, in particular the exemplary position x _{1, have} a negative distance d <0, while TCP positions with at least one negative coordinate value, in particular the exemplary position x _{2, have} a positive distance d> 0 have.

Im ersten Betriebsmodus M1 prüft die Vorrichtung 40 in einem darauffolgenden Schritt S50, ob dieser Abstand d eine erste Bedingung erfüllt, die im Ausführungsbeispiel dann erfüllt ist, wenn der TCP die Grenze G überschreitet bzw. der vorzeichenbehaftete Abstand d größer als Null ist (d > 0).In the first operating mode M1, the device checks 40 in a subsequent step S50, whether this distance d meets a first condition, which is satisfied in the embodiment when the TCP exceeds the limit G or the signed distance d is greater than zero (d> 0).

Wenn der Abstand d die erste Bedingung erfüllt (S50: „Y”), wird eine Sicherheitsreaktion ausgelöst, im Ausführungsbeispiel ein STOP 1. Andernfalls (S50: „N”) kehrt das Verfahren zu Schritt S20 zurück. Mit anderen Worten wird im ersten Betriebsmodus M1 ein STOP 1 ausgelöst, sobald der TCP die Grenze G überschreitet.If the distance d satisfies the first condition (S50: "Y"), a safety response is triggered, in the embodiment a STOP 1. Otherwise (S50: "N"), the process returns to step S20. In other words, in the first operating mode M1, a STOP 1 is triggered as soon as the TCP exceeds the limit G.

Ist der zweite Betriebsmodus M2 ausgewählt (S20: „Y”), wird in einem darauffolgenden Schritt S70 in gleicher Weise wie im ersten Betriebsmodus M1 der Abstand d von der ersten Grenze G ermittelt. Entsprechend können die Schritte S40 und S70 auch durch einen gemeinsamen Schritt von Schritt S20 ersetzt sein. Insbesondere kann ein Ausgang eines Abstandsmittels 10 der Steuervorrichtung 40 des Roboters, wie in 3 angedeutet, in dem ersten Betriebsmodus M1 mit einem Sicherheitsmittel 30 der Steuervorrichtung 40 zum Auslösen der Sicherheitsreaktion STOP 1 und in dem zweiten Betriebsmodus M2 mit einem Signalmittel 20 der Steuervorrichtung zum Ausgegeben eines Signals S verbunden werden bzw. sein.If the second operating mode M2 is selected (S20: "Y"), the distance d from the first limit G is determined in a subsequent step S70 in the same way as in the first operating mode M1. Accordingly, the steps S40 and S70 may also be replaced by a common step of step S20. In particular, an output of a spacer means 10 the control device 40 of the robot, as in 3 indicated in the first operating mode M1 with a security agent 30 the control device 40 for triggering the safety reaction STOP 1 and in the second operating mode M2 with a signaling means 20 be connected to the control device for outputting a signal S.

Im zweiten Betriebsmodus M2 wird in einem darauffolgenden Schritt S80 geprüft, ob der Abstand d eine von der ersten Bedingung d > 0 verschiedene zweite Bedingung d > D mit einer vorgegebenen Konstanten D > 0 erfüllt. Dies entspricht im vereinfachten Ausführungsbeispiel der Prüfung, ob der Abstand der TCP-Position von einer von der ersten Grenze G verschiedenen zweiten Grenze, die in 1 doppelstrichpunktiert angedeutet ist, die Bedingung d > 0 erfüllt.In the second operating mode M2, it is checked in a subsequent step S80 whether the distance d satisfies a second condition d> D different from the first condition d> 0 with a predetermined constant D> 0. In the simplified embodiment, this corresponds to checking whether the distance of the TCP position from a second boundary, which is different from the first boundary G, in FIG 1 is indicated double-dashed, satisfies the condition d> 0.

Wenn die Prüfung in Schritt S80 ergibt, dass der TCP die zweite Grenze überschreitet bzw. der Abstand zur ersten Grenze G größer als die vorgegebene Konstante D ist (S80: „Y”), wird in einem Schritt S90 als eine von der Sicherheitsreaktion im ersten Betriebsmodus verschiedene Sicherheitsreaktion ein STOP 0 eingeleitet. Auf diese Weise kann auch im zweiten Betriebsmodus eine Sicherheitsüberwachung stattfinden.If the check in step S80 reveals that the TCP exceeds the second limit, or the distance to the first boundary G is greater than the predetermined constant D (S80: "Y"), as one of the safety response in the first Operating mode various safety reaction initiated STOP 0. In this way, a safety monitoring can take place in the second operating mode.

Ergibt die Prüfung in Schritt S80, dass der TCP die zweite Grenze nicht überschreitet bzw. der Abstand zur ersten Grenze G nicht größer als die vorgegebene Konstante D ist (S80: „N”), wird in einem Schritt S100 geprüft, ob der Abstand d die erste Bedingung erfüllt, die auch in Schritt S50 im ersten Betriebsmodus M1 geprüft wird und dann erfüllt ist, wenn der TCP die Grenze G überschreitet bzw. der vorzeichenbehaftete Abstand d größer als Null ist (d > 0).If the test in step S80 shows that the TCP does not exceed the second limit or the distance to the first boundary G is not greater than the predetermined constant D (S80: "N"), it is checked in a step S100 whether the distance d satisfies the first condition, which is also checked in step S50 in the first operating mode M1 and is satisfied when the TCP exceeds the limit G or the signed distance d is greater than zero (d> 0).

Wenn der Abstand d im zweiten Betriebsmodus M2 nur die erste Bedingung erfüllt (S100: „Y”), wird keine Sicherheitsreaktion ausgelöst. Somit wird die Sicherheitsreaktion STOP 1 im zweiten Betriebsmodus M2 nicht deswegen bzw. dann ausgelöst, weil bzw. sobald der Abstand d die erste Bedingung erfüllt. Wie vorstehend erläutert, ist damit nicht ausgeschlossen, dass eine Sicherheitsreaktion, im Ausführungsbeispiel ein STOP 0, auch ausgelöst wird, während die erste Bedingung erfüllt ist. Maßgebend ist insoweit, dass die Erfüllung der ersten Bedingung nicht hinreichend für die Auslösung der Sicherheitsreaktion des ersten Betriebsmodus ist, im Ausführungsbeispiel jedoch geometrisch notwendig.If the distance d in the second operating mode M2 satisfies only the first condition (S100: "Y"), no safety reaction is triggered. Thus, the safety response STOP 1 is not triggered in the second operating mode M2 because or as soon as the distance d meets the first condition. As explained above, this does not exclude that a safety reaction, in the exemplary embodiment a STOP 0, is also triggered while the first condition is fulfilled. Decisive in this respect is that the fulfillment of the first condition is not sufficient for the triggering of the safety reaction of the first operating mode, in the embodiment, however, geometrically necessary.

Stattdessen wird in einem Schritt S110 auf den Roboter motorisch eine Stellkraft F in Abhängigkeit von dem Abstand d aufgeprägt, um bei unbehindertem Roboter den Abstand d zu reduzieren, wenn der Abstand d die erste Bedingung d > 0 erfüllt (S100: „Y”). Die Stellkraft F ist hierzu, wie in 1 angedeutet, zur Grenze G hin gerichtet. Dabei ist sie proportional zu dem Abstand (F = k·d) und durch einen Maximalwert F_max limitiert. In einer Abwandlung kann sie zusätzlich oder alternativ auch proportional zu einer zeitlichen Änderung ∂d/∂t sein.Instead, in a step S110, a force F is impressed on the robot as a function of the distance d in order to reduce the distance d in the case of an unhindered robot if the distance d satisfies the first condition d> 0 (S100: "Y"). The force F is this, as in 1 indicated, directed to the border G out. It is proportional to the distance (F = k · d) and limited by a maximum value F _max . In a modification, it may additionally or alternatively also be proportional to a temporal change ∂d / ∂t.

Dadurch wird im zweiten Betriebsmodus M2 bei Überschreiten der Grenze G nicht wie im ersten Betriebsmodus M1 die Sicherheitsreaktion STOP 1 ausgelöst, sondern stattdessen dem Benutzer, der den Roboter durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft bewegt, haptisch eine Rückmeldung in Form einer rücktreibenden Kraft gegeben, die mit zunehmenden Eindringen in einen durch die Grenze G definierten unzulässigen Bereich bis zum Maximalwert F_max anwächst.As a result, in the second operating mode M2, when the limit G is exceeded, the safety response STOP 1 is not triggered, as in the first operating mode M1, but instead the user who moves the robot by manual application of a guiding force is given a haptic feedback signal in the form of a restoring force Increasing penetration into an inadmissible range defined by the boundary G increases up to the maximum value F _max .

Zusätzlich wird in Schritt S110 das optische, akustische und/oder haptische, Signal S, beispielsweise eine Vibration, ausgegeben.In addition, the optical, acoustic and / or haptic signal S, for example a vibration, is output in step S110.

Zum Testen der Sicherheitsüberwachung des ersten Betriebsmodus auf Überschreiten der ersten Grenze G bewegt der Benutzer den Roboter in dem zweiten Betriebsmodus M2 entsprechend durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter derart, dass der Abstand d der Zustandsgröße x des Roboters von dieser Grenze G die erste Bedingung d > 0 erfüllt, und spürt durch die deswegen aufgeprägte rücktreibende Kraft F haptisch die Grenze. Zudem wird sie ihm durch das Signal S angezeigt. Da der Ausgang des Abstandsmittels 10, das im ersten Betriebsmodus M1 mit dem Sicherheitsmittel 30 zum Auslösen des STOP 1 verbunden ist, in dem zweiten Betriebsmodus M2 mit dem Signalmittel 20 zum Ausgegeben des Signals S verbunden wird bzw. ist (vgl. 3), wird anstelle des STOP 1 neben der rücktreibenden Kraft F das Signal S ausgegeben. Auf diese Weise kann der Benutzer die Sicherheitsüberwachung auch signaltechnisch und physisch prüfen.In order to test the safety monitoring of the first operating mode on exceeding the first limit G, the user moves the robot in the second operating mode M2 accordingly by manually imparting a guide force on the robot such that the distance d of the state quantity x of the robot from this limit G is the first condition d> 0 fulfilled, and felt by the thus imposed restoring force F haptically the limit. In addition, it is indicated by the signal S. Since the output of the spacer means 10 in the first operating mode M1 with the safety means 30 for triggering the STOP 1, in the second operating mode M2 with the signal means 20 is connected to the output of the signal S is (see. 3 ), the signal S is output in place of the STOP 1 in addition to the restoring force F. On In this way, the user can also check the safety monitoring signal and physically.

Wird im zweiten Betriebsmodus in Schritt S90 der STOP 0 ausgelöst, wird hingegen keine Stellkraft aufgeprägt. Insofern „overruled” diese Sicherheitsreaktion sozusagen die haptische Rückmeldung über das Überschreiten der Grenze G.If in the second operating mode in step S90 the STOP 0 triggered, however, no force is imposed. Insofar as this safety reaction "overruled", so to speak, the haptic feedback about the crossing of the boundary G.

Wenn der Abstand d im zweiten Betriebsmodus M2 auch die erste Bedingung nicht erfüllt (S100: „N”), wird in einem Schritt S120 keine zur Grenze G rücktreibende Stellkraft aufgeprägt bzw. diese Kraft F zu Null gesetzt.When the distance d does not satisfy the first condition in the second operation mode M2 (S100: "N"), no restoring force to the limit G is impressed or the force F is set to zero in a step S120.

In einem darauffolgenden Schritt S200 werden in dem zweiten Betriebsmodus M2 die Abstände der Zustandsgröße x des Roboters zu voneinander verschiedenen vorgegebenen Referenzen in dem Zustandsraum des Roboters ermittelt.In a subsequent step S200, in the second operating mode M2, the distances of the state quantity x of the robot to mutually different predetermined references in the state space of the robot are determined.

Im zur besseren Darstellung vereinfachten Ausführungsbeispiel ist hierzu exemplarisch eine durch zwei Punkte y_n und y_n+1 vorgegebene Kreisbahn B des TCPs des Roboters strichpunktiert angedeutet. In Schritt S200 werden dann der Abstand d_n der aktuellen Zustandsgröße x₁ zu der vorgegebenen Referenz y_n, der Abstand d_n+1 der aktuellen Zustandsgröße x₁ zu der vorgegebenen Referenz y_n+1 sowie der Abstand d_{(n, n+1)} der aktuellen Zustandsgröße x₁ zu der vorgegebenen Referenz B, im Ausführungsbeispiel der Abstand zu dem der aktuellen TOP-Position x₁ nächsten Punkt y_{(n, n+1)} der Kreisbahn B, ermittelt.To simplify the illustration, a circular path B of the TCP of the robot, indicated by two points y _n and y _{n + 1, is} indicated by dash-dotted lines. In step S200, the distance d _{n of} the current state quantity x ₁ to the predetermined reference y _n , the distance d _{n + 1 of} the current state quantity x ₁ to the predetermined reference y _{n + 1} and the distance d _{(n, n + 1 ) of} the current state variable x ₁ to the predetermined reference B, in the embodiment, the distance to the current TOP position x ₁ next point y _{(n, n + 1) of} the circular path B, determined.

Durch Abarbeiten der nachfolgend erläuterten Schritte S210 bis S280 wird dann der kleinste Abstand d_min der Abstände ermittelt und auf den Roboter motorisch eine in 1 angedeutete Stellkraft f aufgeprägt, um bei unbehindertem Roboter diesen kleinsten Abstand d_min zu minimieren.The smallest distance is then determined d _min of the distances by executing the steps S210 to S280 described below, and a motor to the robot in a 1 indicated force f imprinted to minimize this smallest distance d _min in unobstructed robot.

Zunächst wird in einem Initialisierungsschritt S210 ein Zähler n auf 1 gesetzt, eine Variable d_min für den bisher gefundenen kleinsten Abstand mit dem ermittelten Abstand d₁ zu einer ersten der vorgegebenen Referenzen y₁ vorbelegt und eine im vereinfachten Ausführungsbeispiel zweidimensionale Vektorvariable für die aufzuprägende Stellkraft f mit einem Wert vorbelegt, der proportional zum Differenzvektor zwischen der aktuellen TCP-Position x₁ und der ersten Referenz y₁ ist.First, in an initialization step S210, a counter n is set to 1, a variable d _min for the previously found smallest distance with the determined distance d ₁ to a first of the predetermined references y ₁ pre-assigned and a simplified in the embodiment, two-dimensional vector variable for the force to be applied f is preempted with a value which is proportional to the difference vector between the current TCP position x ₁ and the first reference y ₁ .

In einem darauffolgenden Schritt S220 wird der Zähler n um 1 erhöht und in einem darauffolgenden Schritt S230 geprüft, ob alle Referenzen abgearbeitet sind.In a subsequent step S220, the counter n is incremented by 1 and in a subsequent step S230 it is checked whether all references have been processed.

Ist dies nicht der Fall (S230: „N”), wird in einem Schritt S240 für den Abstand d_n der diesem Zähler n entsprechenden Referenz y_n geprüft, ob er kleiner als der bisher gefundene kleinste Abstand d_min ist.If this is not the case (S230: "N"), it is checked in a step S240 for the distance d _{n of} the reference y _n corresponding to this counter n, if it is smaller than the smallest distance d _min found so far.

Ist dies der Fall (S240: „Y”), wird in einem Schritt S250 dieser Abstand d_n als neuer kleinste Abstand d_min gesetzt und die Vektorvariable für die aufzuprägende Stellkraft f mit einem Wert belegt, der proportional zum Differenzvektor zwischen der aktuellen TCP-Position x₁ und dieser dem Zähler n entsprechenden Referenz y_n ist.If this is the case (S240: "Y"), this distance d _{n is set} as the new smallest distance d _min in a step S250 and the vector variable for the restoring force f is assigned a value that is proportional to the difference vector between the current TCP Position x ₁ and this counter n corresponding reference y _n .

Ist der Abstand d_n der dem Zähler n entsprechenden Referenz y_n hingegen nicht kleiner als der bisher gefundene kleinste Abstand d_min (S240: „N”), oder sind in Schritt S250 d_min und f neu belegt worden, wird in einem Schritt S260 für den Abstand d_{(n, n+1)} der Bahn B zwischen dem diesem Zähler n entsprechenden Bahnpunkt y_n und dem darauffolgenden Bahnpunkt y_n+1 geprüft, ob er kleiner als der bisher gefundene kleinste Abstand d_min ist.If the distance d _n of the counter n corresponding reference y, however, _{n is} not less than the previously found minimum distance d _min (S240: "N"), or have been re-allocated in step S250 d _min and f, in a step S260 d is the distance _{(n, n + 1)} of the web B between this counter n corresponding path point y _n and the subsequent path point y _{n + 1} checked whether it is smaller than the previously found minimum distance d _min.

Ist dies der Fall (S260: „Y”), wird in einem Schritt S270 dieser Abstand d_{(n, n+1)} als neuer kleinste Abstand d_min gesetzt und die Vektorvariable für die aufzuprägende Stellkraft f mit einem Wert belegt, der proportional zum Differenzvektor zwischen der aktuellen TCP-Position x₁ und dem Bahnpunkt y_{(n, n+1)} zwischen y_n und y_n+1 ist, der der aktuellen TCP-Position am nächsten ist.If this is the case (S260: "Y"), in a step S270 this distance d _{(n, n + 1) is set} as the new smallest distance d _min and the vector variable for the force f to be applied is assigned a value that is proportional to Difference vector between the current TCP position x ₁ and the track point y _{(n, n + 1)} between y _n and y _{n + 1 which} is closest to the current TCP position.

Dann kehrt das Verfahren zu Schritt S220 zurück und inkrementiert den Zähler n.Then, the process returns to step S220 and increments the counter n.

Sind alle Referenzen, im Ausführungsbeispiel alle Bahnpunkte und die durch diese definierte Bahn, abgearbeitet (S230: „Y”), wird die solcherart ermittelte Stellkraft f motorisch auf den Roboter aufgeprägt. Zusätzlich wird die Referenz in dem Zustandsraum des Roboters, die den ermittelten kleinsten Abstand aufweist, angezeigt (nicht dargestellt).If all references, all track points in the exemplary embodiment and the path defined by them, are processed (S230: "Y"), the actuating force f determined in this way is impressed on the robot by a motor. In addition, the reference is displayed in the state space of the robot having the determined smallest distance (not shown).

Hierdurch wird der TOP, wie in 1 angedeutet, impedanzgeregelt zu der Referenz gezogen, die seiner aktuellen Position x₁ am nächsten ist, im Ausführungsbeispiel dem nächstliegenden Bahnpunkt y_{(n, n+1)}.This will be the TOP, as in 1 indicated, impedance-controlled pulled to the reference that is closest to its current position x ₁ , in the exemplary embodiment the nearest track point y _{(n, n + 1)} .

Dadurch kann insbesondere die Roboterbahn B einfach und intuitiv haptisch geprüft werden. Insbesondere können direkt die vorgegebenen Bahnpunkte y₁, ..., y_n, y_n+1, ... auf einfache Weise aufgefunden werden, wenn im Ausführungsbeispiel die Schritte S260, S270 entfallen, d. h. als Referenzen nicht auch die Bahn, sondern nur die vorgegebenen Bahnpunkte verwendet werden. Gleichermaßen kann zusätzlich oder alternativ auch eine virtuelle Struktur in Form der vorstehend beschriebenen Grenze G als Referenz verwendet und so der TOP kraftgeregelt auf diese gezogen werden, um sie anschließend zu überschreiten und so die Sicherheitsüberwachung zu testen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Grenze G eine ebene Hyperfläche bzw. Wand im Zustandsraum {x_i, x_j} darstellt.As a result, in particular the robot path B can be tested easily and intuitively haptically. In particular, the predefined track points y ₁ ,..., Y _n , y _{n + 1} ,... Can be found in a simple manner if the steps S260, S270 are omitted in the exemplary embodiment, ie not the track as references, but only the predetermined path points are used. Likewise, additionally or alternatively, a virtual structure in the form of the limit G described above can be used as a reference, so that the TOP can be force-controlled to this point in order to subsequently exceed it and thus provide security monitoring testing. In this connection, it should be noted that the boundary G represents a plane hypersurface or wall in the state space {x _i , x _j }.

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.Although exemplary embodiments have been explained in the foregoing description, it should be understood that a variety of modifications are possible.

Insbesondere können, wie vorstehend ausgeführt, die beiden Aspekte des Aufprägens der zu der Grenze G rücktreibenden Stellkraft F anstelle des Auslösens der Sicherheitsreaktion STOP 1 einerseits und des Aufprägens einer zu einer nächstliegenden Referenz y_{(n, n+1)} treibenden Stellkraft f andererseits auch unabhängig voneinander verwirklicht sein. Insofern können im Ausführungsbeispiel der 2 insbesondere die Schritte S10 bis S120, die den Aspekt des Aufprägens der zu der Grenze rücktreibenden Stellkraft anstelle des Auslösens der Sicherheitsreaktion betreffen, oder die Schritte S200 bis S280, die den Aspekt des Aufprägens einer zu einer nächstliegenden Referenz treibenden Stellkraft betreffen, entfallen.In particular, as stated above, the two aspects of imposing the restoring force F returning to the limit G instead of triggering the safety response STOP 1 on the one hand and imposing a driving force f driving to a closest reference y _{(n, n + 1)} on the other hand can also be independent be realized from each other. In this respect, in the embodiment of the 2 In particular, the steps S10 to S120 concerning the aspect of impressing the restoring force to the limit instead of the triggering of the safety reaction, or the steps S200 to S280 concerning the aspect of imposing a force driving a closest reference, are omitted.

Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.It should also be noted that the exemplary embodiments are merely examples that are not intended to limit the scope, applications and construction in any way. Rather, the expert is given by the preceding description, a guide for the implementation of at least one exemplary embodiment, with various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the components described, can be made without departing from the scope, as it turns out according to the claims and these equivalent combinations of features.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Abstandsmittelspacer
2020: Signalmittelsignal means
3030: Sicherheitsmittelsecurity agents
4040: (Steuer)Vorrichtung(Control) device
x₁; x₂ x ₁ ; x ₂: Position des TCPPosition of the TCP
y_n; y_n+1 y _n ; yn _{+ 1}: vorgegebener Bahnpunktpredetermined path point
y_{(n, n+1)} y _{(n, n + 1)}: nächstliegender Bahnpunktnearest railway station
BB: Bahntrain
d_(min) d _(min): (kleinster) Abstand(smallest) distance
DD: vorgegebene Konstantepredetermined constant
G₁, G₂ G ₁ , G ₂: erste Grenzefirst limit
F; fF; f: Stellkraftforce
M1M1: erster Betriebsmodusfirst operating mode
M2M2: zweiter Betriebsmodussecond operating mode
SS: Signalsignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008062623 A1 [0005, 0047] DE 102008062623 A1 [0005, 0047]

Claims

Verfahren zum Steuern eines Roboters in wenigstens einer Pose wahlweise in einem ersten Betriebsmodus (M1) oder einem hiervon verschiedenen zweiten Betriebsmodus (M2), wobei in dem ersten Betriebsmodus ein Abstand (d) einer Zustandsgröße (x₂) des Roboters von einer ersten Grenze (G₁, G₂) ermittelt wird (S40); und eine Sicherheitsreaktion (STOP 1) ausgelöst wird (S60), wenn der Abstand eine erste Bedingung (d > 0) erfüllt; und wobei in dem zweiten Betriebsmodus der Roboter durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter bewegbar ist; der Abstand der Zustandsgröße des Roboters von der ersten Grenze ermittelt wird (S70); die Sicherheitsreaktion nicht deswegen ausgelöst wird, weil der Abstand die erste Bedingung erfüllt; und auf den Roboter motorisch eine Stellkraft (F) in Abhängigkeit von dem Abstand aufgeprägt wird (S110), um bei unbehindertem Roboter den Abstand zu reduzieren, wenn der Abstand die erste Bedingung erfüllt.Method for controlling a robot in at least one pose optionally in a first operating mode (M1) or a different second operating mode (M2), wherein in the first operating mode, a distance (d) of a state variable (x ₂ ) of the robot from a first limit (M2) G ₁ , G ₂ ) is determined (S40); and a safety response (STOP 1) is triggered (S60) if the distance satisfies a first condition (d>0); and wherein in the second mode of operation, the robot is movable by manually impressing a guide force on the robot; determining the distance of the state quantity of the robot from the first boundary (S70); the safety reaction is not triggered because the distance satisfies the first condition; and on the robot a motor force (F) is impressed as a function of the distance (S110), in order to reduce the distance in the case of an unhindered robot if the distance fulfills the first condition.

Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Betriebsmodus ein, insbesondere optisches, akustisches und/oder haptisches, Signal (S), insbesondere eine Vibration, ausgegeben wird (S110), wenn der Abstand die erste Bedingung erfüllt.Method according to the preceding claim, characterized in that in the second operating mode, a, in particular optical, acoustic and / or haptic, signal (S), in particular a vibration, is output (S110), when the distance satisfies the first condition.

Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang eines Abstandsmittels (10) zum Ermitteln des Abstands in dem ersten Betriebsmodus mit einem Sicherheitsmittel (30) zum Auslösen der Sicherheitsreaktion und in dem zweiten Betriebsmodus mit einem Signalmittel (20) zum Ausgegeben des Signals verbunden wird.Method according to the preceding claim, characterized in that an output of a spacing means ( 10 ) for determining the distance in the first operating mode with a security means ( 30 ) for triggering the safety reaction and in the second operating mode with a signal means ( 20 ) is connected to the output of the signal.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Betriebsmodus eine Sicherheitsreaktion (STOP 0) ausgelöst wird (S90), wenn ein Abstand (d) einer Zustandsgröße (x₂) des Roboters von einer von der ersten Grenze verschiedenen zweiten Grenze eine Bedingung erfüllt oder ein Abstand (d) einer Zustandsgröße (x₂) des Roboters von einer Grenze (G₁, G₂) eine von der ersten Bedingung verschiedene zweite Bedingung (d > D) erfüllt, insbesondere, ohne dass auf den Roboter motorisch die Stellkraft in Abhängigkeit von dem Abstand aufgeprägt wird, um bei unbehindertem Roboter den Abstand zu reduzieren.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the second operating mode a safety reaction (STOP 0) is triggered (S90) if a distance (d) of a state variable (x ₂ ) of the robot from a second limit different from the first limit satisfies a condition or a distance (d) of a state quantity (x ₂ ) of the robot from a boundary (G ₁ , G ₂ ) satisfies a second condition (d> D) different from the first condition, in particular, without motorizing the robot the force is impressed as a function of the distance to reduce the distance in unobstructed robot.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Zustandsgrößen wenigstens eine Position- und/oder Orientierungskoordinate (x_i, x_j) wenigstens einer roboterfesten Referenz, insbesondere eines TCPs, und/oder wenigstens eine Zeitableitung hiervon, und/oder wenigstens eine Gelenkkoordinate des Roboters und/oder wenigstens eine Zeitableitung hiervon umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the state variables at least one position and / or orientation coordinate (x _i , x _j ) at least one robot-fixed reference, in particular a TCP, and / or at least one time derivative thereof, and / or at least one joint coordinate of the robot and / or at least one time derivative thereof.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Sicherheitsreaktionen ein Stillsetzen des Roboters, insbesondere durch wenigstens eine Bremse und/oder wenigstens einen Antrieb des Roboters, und/oder ein Trennen wenigstens eines Antriebs des Roboters von einer Energieversorgung umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the safety reactions comprises stopping the robot, in particular by at least one brake and / or at least one drive of the robot, and / or separating at least one drive of the robot from a power supply.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Grenzen von einer der Zustandsgrößen abhängt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the limits depends on one of the state variables.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Grenzen durch wenigstens zwei, insbesondere parallele oder nicht parallele, Hyperflächen (G₁, G₂) und/oder wenigstens eine gekrümmte Hyperfläche in einem Zustandsraum ({x_i, x_j}) des Roboters definiert ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the boundaries by at least two, in particular parallel or non-parallel, hypersurfaces (G ₁ , G ₂ ) and / or at least one curved hypersurface in a state space ({x _i , x _j }) of the robot is defined.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter in dem ersten Betriebsmodus programmgesteuert automatisch bewegt wird oder durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter bewegbar ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the robot is moved automatically under program control in the first operating mode or is movable by manual imposition of a guiding force on the robot.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter in dem zweiten Betriebsmodus durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter derart bewegt wird, dass der Abstand der Zustandsgröße des Roboters von der ersten Grenze die erste Bedingung erfüllt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the robot is moved in the second operating mode by manually imparting a guide force on the robot such that the distance of the state variable of the robot from the first limit meets the first condition.

Verfahren, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Bewegen eines Roboters durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter, wobei in einem Betriebsmodus (M2) ein Abstand (d) einer Zustandsgröße (x₁) des Roboters von wenigstens zwei voneinander verschiedenen vorgegebenen Referenzen (y_n, y_n+1, B) in einem Zustandsraum ({x_i, x_j}) des Roboters ermittelt wird (S200); der kleinste (d_min) der Abstände ermittelt wird (S210–S270); und auf den Roboter motorisch eine Stellkraft (f) aufgeprägt wird (S280), um bei unbehindertem Roboter den kleinsten der Abstände zu minimieren.Method, in particular according to one of the preceding claims, for moving a robot by manually imparting a guide force to the robot, wherein in an operating mode (M2) a distance (d) of a state variable (x ₁ ) of the robot from at least two different predetermined references ( y _n , y _{n + 1} , B) is determined in a state space ({x _i , x _j }) of the robot (S200); the smallest (d _min ) of the distances is determined (S210-S270); and on the robot a motor force (f) is imposed on the motor (S280) in order to minimize the smallest of the distances in the case of an unobstructed robot.

Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Referenzen in dem Zustandsraum des Roboters Positionen (y_n, y_n+1) einer roboterfesten Referenz, insbesondere eines TCPs, und/oder Posen des Roboters, insbesondere eine vorgegebene Bahn (B) des Roboters, und/oder, insbesondere virtuelle, Strukturen, insbesondere Wände (G₁, G₂) und/oder Koordinatensysteme, in dem Zustandsraum des Roboters umfassen.Method according to the preceding claim, characterized in that the predetermined references in the state space of the Robot positions (y _n , y _{n + 1} ) of a robot-fixed reference, in particular a TCP, and / or poses the robot, in particular a predetermined path (B) of the robot, and / or, in particular virtual, structures, in particular walls (G ₁ , G ₂ ) and / or coordinate systems in which state space of the robot.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz in dem Zustandsraum des Roboters, die den ermittelten kleinsten Abstand aufweist, angezeigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reference is displayed in the state space of the robot having the determined smallest distance.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter nachgiebig, insbesondere kraftgeregelt und/oder gravitationskompensiert, geregelt wird, um durch manuelles Aufprägen einer Führungskraft auf den Roboter bewegbar zu sein.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the robot is compliant, in particular force-controlled and / or gravitationally compensated, controlled to be movable by manual imposition of an executive on the robot.

Vorrichtung (40) zum Steuern eines Roboters, die zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.Contraption ( 40 ) for controlling a robot arranged to perform a method according to any one of the preceding claims.

Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.A computer program product having a program code stored on a computer-readable medium for performing a method according to any one of the preceding claims.